風電機組振動監測與故障診斷研究

趙飛

摘 要：隨著各項技術的發展，風電機組的裝機容量不斷增加，且單機容量也越來越大。在運行過程中，由于受到各種因素的影響，風電機組的傳動系統很容易出現各種各樣的故障，尤其是振動故障的發生率較高。主要對風電機組振動監測和故障診斷系統的設計進行了簡單分析。

關鍵詞：風電機組；振動監測；故障診斷；協議通信

中圖分類號：TM315 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.08.140

風電機組運行的工作環境大多比較惡劣，且由于風速的不穩定性較高，使其在處于交變負載的作用下時，機組的傳統系統等部件很容易受到損壞。此外，因安裝地區偏遠，導致維修困難。因此，做好風電機組的振動監測和故障診斷工作是非常必要的，本文主要對此進行分析和研究。

1 總體設計

在開展風電機組的振動監測和故障診斷的過程中，最主要的目的是通過應用各種監測方法對相關的檢測信息進行分析、判斷，從而對被測對象的運行狀態有正確的了解，以便于在相應部件出現故障前實施警告、報警等處理，這對保證風電機組的穩定運行具有非常重要的作用，能有效提升機組的運行可靠性。針對風電機組實際的運行特點，所設計的風電機組振動監測和故障診斷系統應具備下列功能：能方便各種信息的存儲和管理；具有友好的人機交互界面，方便操作；具有可靠的數據傳輸和交流方式；在進行信息處理的過程中具有良好的實時性；在開展風電機組的振動監測過程中具有一定的連續性，以便獲得被監測對象相關的連續信息；能獲取相關的有效信息，可準確地對風電機組中的各個部件開展連續監測，尤其是要能做好一些關鍵部件的信息監測工作，其中，傳統系統的發電機前、后端、齒輪箱和主軸都是重點監測對象。

在風電機組振動監測與故障系統的總體設計過程中，為了保證其能滿足相關的功能需求，所設計的振動監測和故障診斷系統由監控維護集成模塊、數據庫服務器、數據采集模塊和前端采集設備四個部分組成。其中，數據庫服務器模塊和監控維護集成模塊主要通過數據庫的遠程訪問技術開展通信；采集模塊與監控維護集成模塊之間主要是通過TCP/IP協議通信。在數據采集的過程中，應用基于以太網的遠程采集方式，前端的采集設備應用cDAQ-9188，數據到數據采集端的傳輸既可以通過有線方式實現，也可以應用無線傳輸的方式，這兩種傳輸方式相比，無線傳輸的費用比較高，且傳輸速度比較慢，但安裝方便，傳輸距離較遠；有線傳輸比較穩定，且傳輸速度較快，但有線網絡的安裝存在一定的局限性。通常情況下，可在一個數據采集端與多個采集設備連接，且不同的采集設備在與數據采集端進行連接時，可采用不同的網絡方式連接，多個客戶端可同時進行數據庫服務器和數據采集端的訪問。系統所測量的主要信息是風電機組的振動量，主要測試對象是傳動系統，包括支座、發電機軸承、齒輪箱和主軸等。

2 傳感器的選擇和安裝

在風電機組監測系統運行的過程中，要想準確地獲取相關的振動信號，就必須具備優良的傳感器。在傳感器的選擇過程中，要保證傳感器的各種參數都滿足監測系統的相關要求。在選擇傳感器的類別時，要依據測量對象的實際情況適當選取。目前，常用的傳感器有加速度傳感器、速度傳感器和位移傳感器，其中，加速度傳感器在風電機組高速軸的振動信號測量中具有良好的應用效果，因此，本系統中選擇應用該種類型的傳感器開展測量。

此外，還要選擇合適的傳感器量程，如果所選擇的量程不適合，則會導致出現測量結果不準確、傳感器損毀等問題。要能夠保證傳感器的靈敏度和精準度滿足相關要求，通常情況下，傳感器的靈敏度越高，其對微弱信號的測量會越準確，特別是在早期故障信號的發生階段。但隨著傳感器靈敏度的提升，其容易同時采集到一部分外界噪聲等信息，這些冗余信息在被分析后，會對系統分析產生嚴重的干擾，導致系統負擔加重。此外，傳感器的精度越高，其價格就越高，進而導致系統設備成本增加，這就需要平衡好成本與相關要求之間的關系，綜合考慮各方面的因素。本系統中應用了兩種傳感器，一種是低速加速度傳感器，主要用來進行低頻振動信號的采集；另一種是標準的加速度傳感器，主要用來進行高速軸部分振動信號的采集。

3 采集系統的選擇

數據采集系統最主要的作用是從傳感器獲取相關的信號，并在開展相關的處理后，將其傳出上層處理器。采集卡的工作方式不同，主要分為巡回采集和同步采集兩種。其中，巡回采集是指采集卡依據一定的規則進行各路信號的采集；同步采集是指采集卡通過多路通道同時開展信號的獲取。在對風電機組各個測點的振動信號進行采集時，應采用同步采集的方式采集，這能保證監測的有效性。

4 軟件設計

風電機組振動監測和故障診斷系統的軟件模塊主要由故障診斷模塊、特征提取模塊、信號預處理模塊和輔助功能模塊組成。在系統軟件開發的過程中，應應用面向對象的編程技術開發，并采用基于MFC的單文檔多視圖框架結構開展界面設計，這樣能有效保證過程中的安全性和保密性。運行程序后，首先進入登錄界面，用戶輸入正確的登錄用戶名和密碼后可進入系統。如果用戶輸入的用戶名和密碼錯誤，則會提示重新輸入用戶名和密碼。該系統的主界面包括菜單欄、主功能按鈕、輔助分析功能按鈕、樹狀列表、狀態欄和圖形顯示區。

5 結束語

在風電機組的運行過程中，傳動系統出現振動故障的概率非常高，因此，做好振動監測和故障診斷工作非常必要。本文結合風電機組的運行特點，對振動監測和故障診斷系統的設計進行了簡單分析。

參考文獻

[1]龍泉，劉永前，楊勇平.狀態監測與故障診斷在風電機組上的應用[J].現代電力，2013（12）.

〔編輯：張思楠〕